Java 并发编程中使用 ReentrantLock 替代 synchronized 关键字原语

Java 5 引入的 Concurrent 并发库软件包中，提供了 ReentrantLock 可重入同步锁，用来替代 synchronized 关键字原语，并可提供更好的性能，以及更强大的功能。使用方法也很简单：

public final ReentrantLock lock=new ReentrantLock();

......

try {

lock.lock();

// 进入同步内容

....

} finally {

lock.unlock(); // 必须在 finally 块中解锁，否则一旦出现异常，执行不到解锁，则一直锁住了。

}

synchronized原语和ReentrantLock在一般情况下没有什么区别，但是在非常复杂的同步应用中，请考虑使用ReentrantLock，特别是遇到下面2种需求的时候。 
1.某个线程在等待一个锁的控制权的这段时间需要中断 
2.需要分开处理一些wait-notify，ReentrantLock里面的Condition应用，能够控制notify哪个线程 
3.具有公平锁功能，每个到来的线程都将排队等候

先说第一种情况，ReentrantLock的lock机制有2种，忽略中断锁和响应中断锁，这给我们带来了很大的灵活性。比如：如果A、B2个线程去竞争锁，A线程得到了锁，B线程等待，但是A线程这个时候实在有太多事情要处理，就是一直不返回，B线程可能就会等不及了，想中断自己，不再等待这个锁了，转而处理其他事情。这个时候ReentrantLock就提供了2种机制，第一，B线程中断自己（或者别的线程中断它），但是ReentrantLock不去响应，继续让B线程等待，你再怎么中断，我全当耳边风（synchronized原语就是如此）；第二，B线程中断自己（或者别的线程中断它），ReentrantLock处理了这个中断，并且不再等待这个锁的到来，完全放弃。（如果你没有了解java的中断机制，请参考下相关资料，再回头看这篇文章，80%的人根本没有真正理解什么是java的中断，呵呵）

这里来做个试验，首先搞一个Buffer类，它有读操作和写操作，为了不读到脏数据，写和读都需要加锁，我们先用synchronized原语来加锁，如下：

public class Buffer {    
     
    private Object lock;    
     
    public Buffer() {    
        lock = this;    
    }    
     
    public void write() {    
        synchronized (lock) {    
            long startTime = System.currentTimeMillis();    
            System.out.println("开始往这个buff写入数据…");    
            for (;;)// 模拟要处理很长时间    
            {    
                if (System.currentTimeMillis()    
                        - startTime > Integer.MAX_VALUE)    
                    break;    
            }    
            System.out.println("终于写完了");    
        }    
    }    
     
    public void read() {    
        synchronized (lock) {    
            System.out.println("从这个buff读数据");    
        }    
    }    
}

接着，我们来定义2个线程，一个线程去写，一个线程去读。

public class Writer extends Thread {    
     
    private Buffer buff;    
     
    public Writer(Buffer buff) {    
        this.buff = buff;    
    }    
     
    @Override    
    public void run() {    
        buff.write();    
    }    
     
}    
     
public class Reader extends Thread {    
     
    private Buffer buff;    
     
    public Reader(Buffer buff) {    
        this.buff = buff;    
    }    
     
    @Override    
    public void run() {    
     
        buff.read();//这里估计会一直阻塞    
     
        System.out.println("读结束");    
     
    }    
     
}

好了，写一个Main来试验下，我们有意先去“写”，然后让“读”等待，“写”的时间是无穷的，就看“读”能不能放弃了。

public class Test {    
    public static void main(String[] args) {    
        Buffer buff = new Buffer();    
     
        final Writer writer = new Writer(buff);    
        final Reader reader = new Reader(buff);    
     
        writer.start();    
        reader.start();    
     
        new Thread(new Runnable() {    
     
            @Override    
            public void run() {    
                long start = System.currentTimeMillis();    
                for (;;) {    
                    //等5秒钟去中断读    
                    if (System.currentTimeMillis()    
                            - start > 5000) {    
                        System.out.println("不等了，尝试中断");    
                        reader.interrupt();    
                        break;    
                    }    
     
                }    
     
            }    
        }).start();    
     
    }    
}

我们期待“读”这个线程能退出等待锁，可是事与愿违，一旦读这个线程发现自己得不到锁，就一直开始等待了，就算它等死，也得不到锁，因为写线程要21亿秒才能完成 T_T ，即使我们中断它，它都不来响应下，看来真的要等死了。这个时候，ReentrantLock给了一种机制让我们来响应中断，让“读”能伸能屈，勇敢放弃对这个锁的等待。我们来改写Buffer这个类，就叫BufferInterruptibly吧，可中断缓存。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;    
     
public class BufferInterruptibly {    
     
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();    
     
    public void write() {    
        lock.lock();    
        try {    
            long startTime = System.currentTimeMillis();    
            System.out.println("开始往这个buff写入数据…");    
            for (;;)// 模拟要处理很长时间    
            {    
                if (System.currentTimeMillis()    
                        - startTime > Integer.MAX_VALUE)    
                    break;    
            }    
            System.out.println("终于写完了");    
        } finally {    
            lock.unlock();    
        }    
    }    
     
    public void read() throws InterruptedException {    
        lock.lockInterruptibly();// 注意这里，可以响应中断    
        try {    
            System.out.println("从这个buff读数据");    
        } finally {    
            lock.unlock();    
        }    
    }    
     
}

当然，要对reader和writer做响应的修改

public class Reader extends Thread {    
     
    private BufferInterruptibly buff;    
     
    public Reader(BufferInterruptibly buff) {    
        this.buff = buff;    
    }    
     
    @Override    
    public void run() {    
     
        try {    
            buff.read();//可以收到中断的异常，从而有效退出    
        } catch (InterruptedException e) {    
            System.out.println("我不读了");    
        }    
           
        System.out.println("读结束");    
     
    }    
     
}    
     
    
public class Writer extends Thread {    
     
    private BufferInterruptibly buff;    
     
    public Writer(BufferInterruptibly buff) {    
        this.buff = buff;    
    }    
     
    @Override    
    public void run() {    
        buff.write();    
    }    
     
}    
     
public class Test {    
    public static void main(String[] args) {    
        BufferInterruptibly buff = new BufferInterruptibly();    
     
        final Writer writer = new Writer(buff);    
        final Reader reader = new Reader(buff);    
     
        writer.start();    
        reader.start();    
     
        new Thread(new Runnable() {    
     
            @Override    
            public void run() {    
                long start = System.currentTimeMillis();    
                for (;;) {    
                    if (System.currentTimeMillis()    
                            - start > 5000) {    
                        System.out.println("不等了，尝试中断");    
                        reader.interrupt();    
                        break;    
                    }    
     
                }    
     
            }    
        }).start();    
     
    }    
}

这次“读”线程接收到了lock.lockInterruptibly()中断，并且有效处理了这个“异常”。